一种固定化酶催化反应装置的制作方法

本技术涉及固定化酶，具体为一种固定化酶催化反应装置。

背景技术：

1、固定化酶，是指在一定的空间范围内起催化作用，并能反复和连续使用的酶，通常酶催化反应在水溶液中进行，而固定化酶是将水溶性酶经物理或化学方法处理，使其成为不溶于水但仍具酶活性的状态，因具有高效性、专一性及环境友好性等优势，已广泛应用于食品加工、医药合成、生物能源等领域。

2、现有的酶催化反应装置在使用时，固定化酶多固定于单一载体或填充床内，载体结构设计不合理，如孔径均一，使得底物在载体周围易形成扩散边界层，遵循传质阻力定律，底物需克服边界层阻力才能到达酶活性位点，导致酶与底物接触不充分，同时，产物难以快速脱离酶表面，根据酶抑制动力学原理，产物积累会降低酶与底物的结合效率，引发产物抑制效应，显著降低催化速率。

3、而且，固定化酶更换不便，操作流程复杂。传统催化组件多为整体式结构，缺乏可拆卸单元，依据工程设计中的模块化原理，更换酶时需拆卸大量部件，耗时费力，且易破坏装置密封性，给实际操作带来诸多不便。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种固定化酶催化反应装置，以解决上述背景技术中提出的现有一种固定化酶催化反应装置在使用时催化效率低和固定化酶更换不便的问题。

2、为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种固定化酶催化反应装置，包括有反应釜，反应釜上安装有支撑于地面的框架，反应釜的上端可拆卸式安装有上盖，上盖的上端设有进液口和电动缸，反应釜的下端设有出液口，其特征在于：反应釜的侧壁为双层结构，由外至内依次为保护层和保温层，电动缸的输出端安装有催化组件，电动缸用于驱使催化组件沿竖直方向移动，催化组件内填充有酶催化反应剂，并用于加快固定化酶催化反应效率，反应釜的保温层内壁上安装有震动组件，震动组件与催化组件十字交叉分布，反应釜的保温层外壁设有温控装置，温控装置用于加速酶反应效率；

3、催化组件包括有方形块、第二凹槽、圆柱形镂空外壳、通孔和封闭盖，电动缸的输出端底部固接有方形块，方形块的水平四面侧壁开设有第二凹槽，第二凹槽的内壁设有圆柱形镂空外壳，圆柱形镂空外壳的侧壁贯穿开设有多个通孔，通孔为梯度孔径，圆柱形镂空外壳的一端开口处设有封闭盖；

4、震动组件包括有弹性支架、超声波发生器和锥形变幅杆，反应釜的内层内壁通过螺栓固定有弹性支架，弹性支架远离反应釜的一端活动安装有超声波发生器，超声波发生器远离反应釜的一端设有锥形变幅杆。

5、优选的，催化组件还包括有第三凹槽、立体交叉托架、方形孔洞、第一螺纹孔、固定块和第二螺纹孔，方形块的下端开设有十字相交的第三凹槽，第三凹槽的内壁贴合安装有立体交叉托架，立体交叉托架的上部侧壁贯穿开设有第一螺纹孔，圆柱形镂空外壳靠近方形块的一端侧壁贯穿开设有方形孔洞，方形块的四面上部侧壁固接有固定块，固定块的侧壁贯穿开设有第二螺纹孔，方形块、立体交叉托架和圆柱形镂空外壳通过立体交叉托架的上部穿过方形孔洞利用螺栓插入第一螺纹孔和第二螺纹孔螺纹安装。

6、采用上述技术方案，利用十字相交的第三凹槽为立体交叉托架提供精准的定位和支撑，大幅提升整体结构的刚性，螺栓安装便于对催化组件内部的固定化酶实现快速拆卸与组装。

7、优选的，温控组件包括有半圆环、导流管和冷热交换机，反应釜的内层外壁固接有多个半圆环，反应釜的内层外壁设有螺旋分布的导流管，导流管通过半圆环固定于反应釜的内层外壁，导流管的两端贯穿反应釜的外壁并连接有冷热交换机，冷热交换机安装与反应釜的侧壁框架的上端。

8、采用上述技术方案，利用导流管沿反应釜内层外壁螺旋分布，可均匀覆盖釜体大部分区域（从底部到顶部），使加热/冷却介质能与釜内反应体系进行全方位热交换，提高了热交换效率的同时也提高了固定化酶反应速率。

9、优选的，上盖的上端设有温度检测器和刻度显示器。

10、采用上述技术方案，操作人员无需打开装置即可同时获取温度和液位信息。

11、优选的，框架的下端设有底板，底板通过螺栓固定于地面。

12、采用上述技术方案，强化整体结构稳定性，抵抗运行振动干扰。

13、优选的，上盖的下端开设有第一凹槽，反应釜的侧壁安装于第一凹槽内壁并通过螺丝固定，第一凹槽的内壁与反应釜的侧壁之间设有密封垫。

14、采用上述技术方案，利用第一凹槽强化连接稳定性，避免装配错位，密封垫可以提升密封性能，隔绝内外环境。

15、优选的，弹性支架和超声波发生器的活动端之间设有阻尼环。

16、采用上述技术方案，利用阻尼环衰减振动传递，降低设备整体震动。

17、优选的，超声波发生器和温度检测器通过蓝牙与蓝牙模块连接。

18、采用上述技术方案，根利用蓝牙模块对温度实时检测，并控制控制超声波发出的超声频率。

19、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

20、1、该一种固定化酶催化反应装置通过圆柱形镂空外壳的“梯度孔径通孔”可适配不同粒径的固定化酶，既保证底物高效进入酶活性区域，又避免酶分子过度泄漏，同时，锥形变幅杆与圆柱形镂空外壳采用十字交叉（90°）分布，基于声学叠加原理，使超声能量与催化组件形成“空间互补”，覆盖反应釜内大部分区域，而锥形变幅杆聚焦超声能量，增强空化效应强度，利用空化泡破裂产生的微射流冲击固定化酶表面，进一步消除传质死角，提高酶与底物接触面积，反应釜内层外壁设置螺旋分布的导流管，基于热传导与对流换热原理，增大热交换面积（覆盖釜体从底部到顶部的大部分区域），冷热交换机通过导流管循环输送加热/冷却介质，配合温度检测器实时反馈，利用负反馈调节原理，快速将体系温度稳定在酶的最适范围（±2℃内），从而提高催化速率。

21、2、该一种固定化酶催化反应装置通过拧下立体交叉托架与固定块的连接螺栓，即可拆卸圆柱形镂空外壳，打开封闭盖完成酶更换，操作便捷，不影响装置整体结构稳定性，利用立体交叉托架贯穿方形孔洞+螺栓固定的方式连接，配合上盖第一凹槽与密封垫的设计，使装置整体刚性大幅度提升，抗振动能力显著增强，避免长期运行中的组件松动。

1.一种固定化酶催化反应装置，包括有反应釜（1），反应釜（1）上安装有支撑于地面的框架（2），反应釜（1）的上端可拆卸式安装有上盖（3），上盖（3）的上端设有进液口（4）和电动缸（6），反应釜（1）的下端设有出液口（5），其特征在于：反应釜（1）的侧壁为双层结构，由外至内依次为保护层和保温层，电动缸（6）的输出端安装有催化组件，电动缸（6）用于驱使催化组件沿竖直方向移动，催化组件内填充有酶催化反应剂，并用于加快固定化酶催化反应效率，反应釜（1）的保温层内壁上安装有震动组件，震动组件与催化组件十字交叉分布，反应釜（1）的保温层外壁设有温控装置，温控装置用于加速酶反应效率；

2.根据权利要求1所述的一种固定化酶催化反应装置，其特征在于：催化组件还包括有第三凹槽（706）、立体交叉托架（707）、方形孔洞（708）、第一螺纹孔（709）、固定块（710）和第二螺纹孔（711），方形块（701）的下端开设有十字相交的第三凹槽（706），第三凹槽（706）的内壁贴合安装有立体交叉托架（707），立体交叉托架（707）的上部侧壁贯穿开设有第一螺纹孔（709），圆柱形镂空外壳（703）靠近方形块（701）的一端侧壁贯穿开设有方形孔洞（708），方形块（701）的四面上部侧壁固接有固定块（710），固定块（710）的侧壁贯穿开设有第二螺纹孔（711），方形块（701）、立体交叉托架（707）和圆柱形镂空外壳（703）通过立体交叉托架（707）的上部穿过方形孔洞（708）利用螺栓插入第一螺纹孔（709）和第二螺纹孔（711）螺纹安装。

3.根据权利要求1所述的一种固定化酶催化反应装置，其特征在于：温控组件包括有半圆环（901）、导流管（902）和冷热交换机（903），反应釜（1）的内层外壁固接有多个半圆环（901），反应釜（1）的内层外壁设有螺旋分布的导流管（902），导流管（902）通过半圆环（901）固定于反应釜（1）的内层外壁，导流管（902）的两端贯穿反应釜（1）的外壁并连接有冷热交换机（903），冷热交换机（903）安装于反应釜（1）的侧壁框架（2）的上端。

4.根据权利要求1所述的一种固定化酶催化反应装置，其特征在于：上盖（3）的上端设有温度检测器（10）和刻度显示器（11），温度检测器（10）用于实时检测反应温度并进行反馈。

5.根据权利要求1所述的一种固定化酶催化反应装置，其特征在于：框架（2）的下端设有底板（12），底板（12）通过螺栓固定于地面。

6.根据权利要求1所述的一种固定化酶催化反应装置，其特征在于：上盖（3）的下端开设有第一凹槽（301），反应釜（1）的侧壁安装于第一凹槽（301）内壁并通过螺丝固定，第一凹槽（301）的内壁与反应釜（1）的侧壁之间设有密封垫。

7.根据权利要求1所述的一种固定化酶催化反应装置，其特征在于：弹性支架（801）和超声波发生器（802）的活动端之间设有阻尼环。

8.根据权利要求1所述的一种固定化酶催化反应装置，其特征在于：超声波发生器（802）和温度检测器（10）通过蓝牙与蓝牙模块连接。